3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze, deren Herstellung und Verwendung

Abstract

 Beschrieben werden 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze der allgemeinen Formel


worin R entweder eine Ammonium-Gruppe der allgemeinen Formel


in der R₁, R₂ und R₃ gleichbedeutend oder verschieden sind und ein Wasserstoffatom, eine Niederalkyl- oder eine Cycloalkyl-Gruppe darstellen oder worin R ein Alkalimetallatom bedeutet.
Diese Salze gemäss Formel I werden durch Umsetzung von reinem 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, von 1,3-Cyclobutandion oder von einem 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on enthaltenden Destillations-rückstand der Diketen-Produktion mit einer Base erhalten.
Als Base kann ein Amin der allgemeinen Formel


worin R₁, R₂ und R₃ die genannte Bedeutung haben oder ein Alkalimetallalkoholat oder ein Alkalimetallhydroxid eingesetzt werden. Die Salze gemäss Formel I sind geeignet zur Herstellung von Quadratsäure, indem sie in einer ersten Stufe halogeniert und dann in einer zweiten Stufe zur Quadratsäure hydrolysiert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft neue 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss Formel I sowie Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung, insbesondere zur Herstellung von Quadratsäure.

[0002] Die neuen 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss der allgemeinen Formel I sind wertvolle, stabile Substanzen. Einerseits sind sie Aequivalente für das bei Raumtemperatur sich zersetzende, oder synthetische interessante 1,3-Cyclobutandion, andererseits sind sie Zwischenprodukte einer neuen Synthese von Quadratsäure.

[0003] Quadratsäure ist ein interessantes Zwischenprodukt zur Herstellung von Pharmazeutika, Farbstoffen (Angew. Chem., 20, 1966, S.931) und Herbiziden (CH-PS 609 837).

[0004] Aus der Literatur sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Quadratsäure bekannt.

[0005] Mehrere gehen von Hexachlor-1,3-butadien aus, das mit Hilfe von Natriumethanolat zu einem chlorierten Cyclobuten-Derivat zyklisiert wird. Diese Zwischenprodukte werden mit Schwefelsäure oder anderen Säuren zu Quadratsäure hydrolysiert (Roedig, A. und Bernemann P., Liebigs Ann. Chem. 1956, 600, s.1; Maahs, G., Liebigs Ann. Chem. 1965, 686, S.55; Angew. Chemie, 1963, 75, S.982; Uehara, A. und Tsuchiya, R., Sci. Rep. Kanazawa Univ. 1980, 25, S.83; Fan, R. et al., Chemical Abstracts 1987, 106, 103798c). Statt Natriumethanolat wird auch Morpholin verwendet (Maahs, G. und Hegenberg P., Angew. Chemie 1966, 78, S.927; Schmidt, A.H. und Ried., W., Synthesis 1978, S.869, Gadek, T.R. et al. 1976, US-PS 4 104 308; Paine, A.J., Tetrahedron Letters, 1984, 25, S.135). Die Zyklisierung kann auch rein thermisch erfolgen (Müller, W. 1976,
DE-PS 26 18 557; Schröder, M. und Schäfer, W. 1976,
DE-PS 26 23 836; Maahs, G. und Rombusch, D. 1978,
DE-PS 28 24 558; Rombusch, K. und Maahs, G. 1983
DE-OS 33 14 431).

[0006] Nachteile all dieser Verfahren sind entweder bescheidene Ausbeuten oder hoher Aufwand (z.B. Destillation mit extremem Rücklaufverhältnis) und die besonderen Sicherheitsmassnahmen, die beim Umgang mit dem krebserzeugenden Edukt Hexachlor-1,3-butadien erforderlich sind.

[0007] Nach einem anderen Verfahren (Bellus, D. et al., Helv. Chim. Acta 61, 1978, S.1784) wird aus dem Pilzmetaboliten Moniliformin durch Bromierung und Hydrolyse Quadratsäure in 70% Ausbeute gewonnen. Moniliformin kommt aber in der Natur nur in kleinen Mengen vor, und die bekannten Synthesen dafür sind aufwendig und ergeben nur bescheidene Ausbeuten.

[0008] Ein weiteres Verfahren, die elektrochemische reduktive Tetramerisierung von Kohlenmonoxid zu Quadratsäure, verlangt einen grossen apparativen Aufwand und ergibt ein Produktegemisch, aus dem Quadratsäure nur schwer in reiner Form erhältlich ist. (Silvestri, G. et al., Gazz. Chim. It. 1972, 102, S.818; DE-OS 22 35 882; US-PS 4 461 681, US-PS 4 523 980, Fabre P.L. et al., Bull. Soc. Chim. Fr. 1988, S.933)

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine neue Synthese von Quadratsäure vorzuschlagen, die von leicht zugänglichen Edukten aus mit bescheidenem Aufwand Quadratsäure in guter Ausbeute und Reinheit ergibt.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch das Auffinden neuer Zwischenprodukte, die von einem leicht zugänglichen Edukt hergestellt werden können und aus denen Quadratsäure ohne hohen Aufwand hergestellt werden kann.

[0011] Die erfindungsgemässen Zwischenprodukte haben die allgemeine Formel


worin R entweder eine Ammonium-Gruppe der allgemeinen Formel

in der R₁, R₂ und R₃ gleichbedeutend oder verschieden sind und ein Wasserstoffatom, eine Niederalkyl- oder eine Cycloalkylgruppe darstellt, oder R ein Alkalimetallatom bedeuten. Die bevorzugten Reste R₁, R₂ und R₃ der Ammonium-Gruppe sind ein Wasserstoffatom, eine C₁ - C₄-Niederalkyl- oder eine Cyclohexylgruppe, insbesondere ein Wasserstoffatom, eine Methyl- oder Ethylgruppe oder eine Cyclohexylgruppe. Wenn R ein Alkalimetallatom bedeutet, sind die Alkalimetalle Natrium und Kalium bevorzugt.

[0012] Die bevorzugten Verbindungen der allgemeinen Formel I sind:
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-diethylammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohexylammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohexyldimethylammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylmethylammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-ammoniumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-natriumsalz
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-kaliumsalz

[0013] Das für das Verfahren der Erfindung verwendete Ausgangsmaterial ist 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, das im folgenden als Triketen bezeichnet wird, gegebenenfalls ein Destillationsrückstand der Diketen-Produktion mit einem Triketen-Gehalt von zweckmässig 5 bis 60 Gew.%, oder 1,3-Cyclobutandion.
Diese genannten Ausgangsmaterialien werden mit einer Base zum Endprodukt gemäss Formel I umgesetzt. Als Base wird zweckmässig entweder ein Amin der allgemeinen Formel


in der R₁,R₂ und R₃ die genannte Bedeutung haben, oder ein Alkalimetallalkoholat oder Alkalimetallhydroxid eingesetzt. Vorzugsweise werden als Amine der allgemeinen Formel III Cyclohexyldimethylamin, Dicyclohexylamin, Diethylamin, Cyclohexyldimethylamin, Dicyclohexylmethylamin oder Ammoniak eingesetzt.

[0014] Die Umsetzung von Triketen als Ausgangsmaterial wird zweckmässig mit 0,5 bis 4 Molen eines Amins der allgemeinen Formel III, bezogen auf 1 Mol Triketen, durchgeführt.

[0015] Die Umsetzung von 1,3-Cyclobutandion als Ausgangsmaterial wird zweckmässig mit 0,5 bis 4 Molen eines Amins der allgemeinen Formel III, vorzugsweise mit 0,5 bis 1,5 Molen, bezogen auf 1 Mol 1,3-Cyclobutandion, durchgeführt.

[0016] Die Reaktion wird üblicherweise bei einer Temperatur von -40 bis 50°C, vorzugsweise von 10 bis 25°C durchgeführt. Nach einer Reaktionszeit von 15 Minuten bis 5 Stunden, kann das Endprodukt gemäss Formel I durch übliche Aufarbeitung, z.B. durch eine Filtration, erhalten werden.

[0017] Als Lösungsmittel können niedrig siedende aliphatische Alkohole, C₁ - C₄-Carbonsäuren, C₁ - C₄-Carbonsäureester, niedrig siedende Ether und Ketone, Nitrile und aromatische Kohlenwas-serstoffe, angewendet werden. Vertreter dieser Lösungsmittelgruppen sind beispielsweise Aceton, Toluol, Diethylether, Di-isopropylether, t-Butylmethylether und Dichlormethan, Ethanol, Acetonitril, Essigsäure und Essigsäureethylester; vorzugsweise wird Essigsäureethylester, Ethanol oder Acetonitril angewendet.

[0018] Die 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss Formel I können auch durch Umsetzung der Ausgangsmaterialien mit 0,8 bis 2,5 Molen eines Alkalimetallalkoholats oder eines Alkalimetallhydroxids, wie beispielsweise mit Natrium- oder Kaliumhydroxid, Natrium- oder Kaliumethanolat, Natrium- oder Kaliummethanolat, bezogen auf 1 Mol Ausgangsmaterial, vorzugsweise mit 0,8 bis 1,2 Molen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriummethanolat oder Natriumethanolat hergestellt werden.

[0019] Die Reaktion wird zweckmässig, wie die Umsetzung des Ausgangsmaterials mit dem Amin gemäss Formel III, bei einer Temperatur von -40 bis 50°C, vorzugsweise von 10 bis 25°C durchgeführt. Nach einer Reaktionszeit von 15 Minuten bis 5 Stunden kann das Endprodukt gemäss Formel I durch übliche Aufarbeitung, z.B. Filtration, erhalten werden.

[0020] Als Lösungsmittel können die gleichen wie die zuvor beschriebenen angewendet werden.

[0021] Die neuen 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze können auch in zwei Stufen hergestellt werden, indem man in einer ersten Stufe Triketen durch saure Hydrolyse in 1,3-Cyclobutandion überführt und dieses Zwischenprodukt dann in einer zweiten Stufe in das 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salz, wie schon beschrieben, überführt.
Als Säure können Schwefelsäure, Salzsäure, Ameisensäure, Trifluoressigsäure angewendet werden, vorzugsweise wird wässrige Ameisensäure im Ueberschuss angewendet.
Die Hydrolyse wird üblicherweise bei einer Temperatur von 0 bis 30°C, vorzugsweise von 15 bis 30°C, durchgeführt.
Nach einer Reaktionszeit von in der Regel 15 Minuten bis 24 Stunden, kann das 1,3-Cyclobutandion auf übliche Art und Weise, zweckmässig durch Extraktion und Umkristallisation, aufgearbeitet werden.

[0022] Die neuen 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss Formel I sind geeignet zur Herstellung von Quadratsäure, wobei Quadratsäure in guter Ausbeute und Reinheit isoliert wird, oder sie können wieder zur Herstellung von 1,3-Cyclobutandion eingesetzt werden.

[0023] Zur Herstellung von Quadratsäure werden die 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss Formel I in einer ersten Stufe halogeniert und dann in einer zweiten Stufe zur Quadratsäure hydrolysiert.

[0024] Die erste Stufe, die Halogenierung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salz, wird zweckmässig mit 2 bis 4 Molen Brom, Chlor oder Sulfurylchlorid bezogen auf 1 Mol Ausgangsmaterial, vorzugsweise mit 2,5 bis 3,5 Molen Brom, durchgeführt.
Die Halogenierung kann auch zuerst mit 0,25 bis 1 Mol Brom und anschliessend mit 2,0 bis 3,0 Molen Chlor oder Sulfurylchlorid, bezogen auf 1 Mol Ausgangsmaterial, durchgeführt werden.

[0025] Die Halogenierung wird üblicherweise bei einer Temperatur von -40 bis +40°C, vorzugsweise von -25 bis 25°C, durchgeführt. Nach einer Reaktionszeit von zweckmässig 30 Minuten bis 4 Stunden kann das halogenierte Cyclobutenon in guter Ausbeute isoliert oder direkt weiter zur Quadratsäure hydrolysiert werden. Als Lösungsmittel können C₁ - C₄-Carbonsäuren, C₁ - C₄-Carbonsäureethylester, Carbonsäureanhydride und chlorierte Kohlenwasserstoffe angewendet werden. Vertreter dieser Lösungsmittelgruppen sind beispielsweise Essigsäure, Essigsäureethyleser,Acetanhydrid, Tetrachlorkohlenstoff, Methylenchlorid, Chloroform, vorzugsweise setzt man Essigsäure, Essigsäureethylester oder Methylenchlorid ein.

[0026] Die zweite Stufe, die Hydrolyse zur Quadratsäure, kann mit Mineralsäuren, wie beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Bromwasserstoffsäure, Phosphorsäure, mit Sulfonsäuren, wie beispielsweise wässriger Methansulfonsäure, mit Wasser oder mit Carbonsäuren, wie beispielsweise wässriger Ameisensäure und wässriger Trifluoressigsäure, durchgeführt werden. Vorzugsweise werden Mineralsäuren, wie beispielsweise konzentrierte Schwefelsäure oder Salzsäure, Carbonsäuren, wie beispielsweise wässrige Ameisensäure, Sulfonsäuren, wie beispielsweise wässrige Methansulfonsäure, im Ueberschuss eingesetzt.
Die Hydrolyse wird zweckmässig bei einer Temperatur von 50 bis 150°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 90 bis 100°C, durchgeführt. Die Hydrolyse zur Quadratsäure mit Wasser wird unter Rückfluss durchgeführt. Nach einer Reaktionszeit von 2 bis 48 Stunden wird Quadratsäure in guter Ausbeute, erhalten.

Beispiel 1

Herstellung von 1,3-Cyclobutandion ausgehend von Triketen

[0027] 4,1 g Triketen (33 mMol) wurden in 10 g Schwefelsäure und 30 g Eis gelöst. Nach 15 Minuten wurde das Gemisch mit Methylenchlorid (2 mal je 25 ml) extrahiert, dann über Calciumchlorid getrocknet, anschliessend filtriert und eingeengt. 2,1 g des eingeengten, festen Materials wurden in Diethylether (10 ml) aufgeschlämmt, anschliessend wurde die Mischung filtriert und dann in Acetonitril (13 ml) umkristallisiert. Nach der Umkri-stallisation wurden 1,57 g 1,3-Cyclobutandion (18,7 mMol), entsprechend einer Ausbeute von 57%, bezogen auf eingesetztes Triketen, erhalten.

Beispiel 2

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-diethylammonium-salz

[0028] 

a) In 40 g Essigester wurden 2,1 g 1,3-Cyclobutandion (23,0 mMol) suspendiert. Zu dieser Suspension wurde bei 20°C innerhalb 15 Min. eine Lösung von 1,84 g Diethylamin (25,0 mMol) in 10 g Essigsäureethylester zugetropft.
Nach 1 Stunde Rühren bei Raumtemperatur wurde die Suspension abfiltriert und anschliessend getrocknet. Es wurden 3,05 g des Titelproduktes mit einer Reinheit (nach HPLC) von 93,7%, entsprechend einer Ausbeute von 79,2%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: 93° C - 94°C

b) Zu einer Lösung von 3,25 g 3-Acetoxy-2-cyclobutenon-1-on (Triketen, Gehalt, 97%; 25,0 mMol) in 40 g Essigsäureethylester, wurde bei 20°C innerhalb von 18 Min. eine Lösung von 3,67 g Diethylamin (99,5%; 50,0 mMol) in 10 g Essigester zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde noch 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt, dann abfiltriert und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 3,75 g des Titelproduktes mit einer Reinheit von 94,1% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 89,8%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.
Smp: 94°C - 96°C

Beispiel 3

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohexyldime-thylammoniumsalz

[0029] 

a) Zu einer Suspension von 2,1 g 1,3-Cyclobutandion (91,9%; 23,0 mMol) in 40 g Essigester wurde bei 20°C in 15 Min. eine Lösung von 3,21 g N,N-Dimethylcyclohexylamin (99%; 25,0 mMol) in 10 g Essigsäureethylester zugetropft.
Nach 1 Stunde Rühren bei Raumtemperatur wurde die Suspension abfiltriert und unter Vakuum getrocknet. Es wurden 4,27 g des Titelproduktes mit einer Reinheit von 94,8% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 83,3%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: 88°C - 90°C

¹H-NMR: (CDC1₃, 300 MHz) δ in ppm

1,10 - 1,49, m, 5H
1,65 - 1,80, bd, 1H
1,88 - 2,01, bd, 2H
2,04 - 2,13, bd, 2H
2,78 - 2,91, m, 1H
2,66, b, 6H
13,2, b, 1H

b) 3,24 g 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen, 25,0 mMol) wurden in 1,90 g absolutem Ethanol (41,3 mMol) und 40 g Essigester gelöst. Zu dieser Lösung wurden bei 20°C innerhalb von 20 Min. 6,45 g Cyclohexyldimethylamin (99%; 50,0 mMol), gelöst in 10 g Essigsäureethylester, zugetropft. Nach 2 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wurde die Suspension abfiltriert und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 4,09 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 94,5% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 73,2%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen), erhalten.
Smp: 91,5°C - 92,4°C

Beispiel 4

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylme-thylammoniumsalz

[0030] 

a) Zu einer Suspension von 2,11 g 1,3-Cyclobutandion (23,0 mMol) wurde bei 20°C eine Lösung von 4,99 g Dicyclohexylmethylamin (25,0 mMol) in 10 g Essigsäureethylester zugetropft und 1 Stunde lang gerührt.
Nach weiteren 30 Min. Rühren bei 5°C wurde die Suspension abfiltriert und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 5,53 g des Titelproduktes mit einer Reinheit von 94,7% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 81,4%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: 91,4°C - 92,6°C

b) 3,24 g 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen, 97,5%; 25,0 mMol) wurden in 1,9 g Ethanol (41,3 mMol) und 40 g Essigester gelöst. Zu dieser Lösung wurden bei 20°C in 15 Min. 9,83 g Dicyclohexylmethylamin (98,9%; 50,0 mMol), gelöst in 10 g Essigsäureethylester, zugetropft und 1 Stunde lang bei Raumtemperatur gerührt.
Nach einer weiteren Stunde Rühren bei 5°C wurde die Suspension abfiltriert und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 3,21 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 94,5% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 43,5%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.
Smp: 91,4°C - 92,4°C

¹H-NMR: (CDCl₃, 300 MHz) δ in ppm

1,09 - 1,42, m, 6H
1,42 - 1,66, bd, 4H
1,67 - 1,78, bd, 2H
1,88 - 2,03, bd, 4H
2,04 - 2,16, bd, 4H
2,64, s, 3H
2,93, b, 2H
3,13, m, 2H
4,33, b, 1H

Beispiel 5

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexyl-ammoniumsalz

[0031] 

a) Zu einer Suspension von 3,0 g 1,3-Cyclobutandion (97%; 34,6 mMol) in Essigsäureethylester (52,2 ml) wurde bei 20°C in 15 Min. eine Lösung von 7,1 g Dicyclohexylamin (98%; 38,3 mMol) in 15 ml Essigsäureethylester, zugetropft. Nach 1 Stunde Rühren bei Raumtemperatur wurde die Suspension 4 Mal mit Essigsäureethylester gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Es wurden 9,4 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 94,7% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 96,7%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: 188°C - 188,7°C

b) 1000 g Destillationsrückstand der Diketen-Produktion, enthaltend 22,0% 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (1,74 Mol), wurden in 1078 ml Essigsäureethylester ( 970 g) gelöst. Zu dieser schwarzen Lösung wurden bei 10°C innerhalb von 60 Min. 707,4 g Dicyclohexylamin (98%; 3,81 Mol) zugetropft. Nach 90 Min. Rühren bei +10°C wurde die Suspension abfiltriert, 3 Mal mit Essigsäureethylester aufgeschlämmt und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 518 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 65,5% (HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 73,4%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobutenon-1-on, erhalten.
Smp: 169,7°C - 172,4°C
Reinigung:
259 g 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexyl-ammoniumsalz (roh; 65,5%; 0,64 Mol) wurden in 207,2 g Eisessig und 310,8 g Essigsäureethylester suspendiert und 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Das Produkt wurde 3 Mal mit Essigsäureethylester gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Es wurden 176 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 90,2% (nach HPLC), erhalten entsprechend einer Ausbeute von 93,6%.
Smp: 188°C - 190°C

¹H-NMR: (CD₃OD, 300 MHz) δ in ppm

1,13 - 1,49, m, 10H
1,66 - 1,80, bd, 2H
1,80 - 1,97, bd 4H
2,81, s, 2H
4,29, s, 1H
3,09 - 3,27, m, 2H

Beispiel 6

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-ammoniumsalz

[0032] 

a) Zu einer Lösung von 2,16 g 1,3-Cyclobutandion (97%; 25,0 mMol) in 25 g Acetonitril wurde bei 20°C innerhalb von 10 Min. eine Lösung von 0,425 g Ammoniakgas (25 Mol) in 25 g Acetonitril zugetropft.
Nach 30 Min. Rühren bei Raumtemperatur wurde die Suspension abfiltriert, mit Acetonitril (10 ml) gewaschen und unter Vakuum getrocknet. Es wurden 1,48 g des Titelproduktes mit einem Geghalt von 78% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 47,0%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: 94°C -96°C

b) In eine Lösung von 6,5 g 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen; 97%; 50,0 mMol) in 58,5 g Acetonitril, wurden bei 2°C in 30 Min. 3,1 g Ammoniakgas (182,3 mMol) eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wurde weitere 30 Min. bei 2°C gerührt, dann abfiltriert, anschliessend mit Acetonitril (20 ml) gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 4,88 g des Titelproduktes mit einem Gehalt (nach HPLC) von 94%, entsprechend einer Ausbeute von 90,7%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.
Smp 109°C - 110°C

¹H-NMR: (d₆-DMSO) δ in ppm

2,49, s, 2H
3,91, s, 1H
7,25, b, 4H

Beispiel 7

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-natriumsalz

[0033] 

a) Zu einer Lösung von 1,74 g 1,3-Cyclobutandion (97%; 20,0 mMol) in 20 g Acetonitril, wurde bei 20°C in 20 Min. eine Lösung von Natriumethanolat enthaltend 0,506 g Natrium (22 mMol) in 15 g absolutem Ethanol, zugetropft. Das Reaktionsgemisch wurde noch 15 Min. bei Raumtemperatur gerührt, dann abfiltriert und unter Vakuum getrocknet. Es wurden 1,58 g des Titelproduktes mit einer Reinheit von 92,6% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 69,0%, bezogen auf Cyclobutandion, erhalten.
Smp: > 280°C

¹H-NMR: (d₆-DMSO) δ in ppm

2,49, s, 2H
3,92, s, 1H

b) Zu einer Lösung von 3,23 g 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen, 97,5%; 25,0 mMol) in 20 g Acetonitril wurde bei 20°C innerhalb von 15 Min. eine Lösung von 1,099 g Natriumhydroxid (27 mMol) in absolutem Ethanol (10g) zugetropft.
Nach ca. 2 Stunden Rühren wurde die Suspension bei Raumtemperatur abfiltriert, mit Acetonitril (5 ml) gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 2,38 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 87,2% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 89,8%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.

c) Zu einer Lösung von 28,4 g Destillationsrückstand aus der Diketen-Produktion mit einem Gehalt von 44,4% 3-Acetoxy-2-cyclobutenl-on (Triketen; 98 mMol) in 250 g Essigsäure-ethylester wurde in 45 Min. bei 10°C eine Lösung von 4,6 g Natriumhydroxid (115 mMol) in 75 g absolutem Ethanol zugetropft. Die Suspension wurde filtriert. Der Rückstand wurde unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 17,1 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 46,7% (nach HPLC) entsprechend einer Ausbeute von 75,3%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.

Beispiel 8

Herstellung von 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-kaliumsalz

[0034] Zu einer Lösung von 3,23 g 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on (Triketen, 97,5%; 25 mMol) in Acetonitril (20 g) wurde bei Raumtemperatur innerhalb 10 Minuten eine Lösung von 1,8 g Kaliumhy-droxid (27,5 mMol) in absolutem Ethanol (40 g) zugetropft. Nach 30 Minuten Rühren wurde die Suspension bei Raumtemperatur abfiltriert, mit Acetonitril (5 ml) gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
Es wurden 1,99 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 81,5% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 53,1%, bezogen auf 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on, erhalten.
Smp. > 260°C

Beispiel 9

Herstellung von Quadratsäure

[0035] 

a) 3,66 g (50.mMol) 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz wurden in Methylenchlorid (100 ml) suspendiert und auf -20°C abgekühlt. Dann wurden 10,63 g (150 mMol) Chlorgas eingeleitet. Nach einer Reaktionszeit von 30 Minuten wurde unter Rühren auf Raumtemperatur erwärmt, Methylenchlorid am Rotavapor abdestilliert, und Essisäureethylester (100 ml) zugegeben.
Der Niederschlag wurde abfiltriert und die Mutterlauge am Rotavapor eingeengt.
Der so erhaltene Rückstand (11,63 g) wurde mit konzentrierter Schwefelsäure (25 ml) 15 Stunden lang bei 100°C gerührt. Nach Abkühlen im Eisbad wurde der Niederschlag abfiltriert, anschliessend 3 Mal mit Aceton (20 ml) gewaschen und 15 Stunden bei 50°C und 50 mbar getrocknet. Es wurden 1,22 g graues Pulver mit einem Gehalt von 88% Quadratsäure, entsprechend einer Ausbeute von 19%, bezogen auf 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohexylammoniumsalz, erhalten.

b) 73,2 g (1 Mol) 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz wurden in Essigsäureethylester (1,5 l) suspendiert und anschliessend auf 0°C abgekühlt. Unter Rühren wurden 474,5 g Brom (3 Mol) in Essigsäureethylester (500 ml) hinzugegeben. Der Niederschlag wurde nach 30 Minuten abfiltriert und 2 Mal mit Essigsäureethylester (250 ml) gewaschen. Mutterlauge uns Waschlösungen wurden vereinigt und eingeengt. Es verblieben 442,75 g Rückstand. Anschliessend wurden 415,25 g dieses Rückstandes zu Wasser (34 g) und Schwefelsäure (500 ml) zugegeben. Nach 12 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wurde der Niederschlag abfiltriert und 2 Mal mit Aceton (100 ml) gewaschen. Es wurden 111,47 g weisses Titelprodukt mit einem Quadratsäuregehalt von 94,6%, entsprechend einer Ausbeute von 92,45%, bezogen auf eingesetztes 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-di-cyclohexylammoniumsalz, erhalten.

c) 3,66 g (50 mMol) 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexyl-ammoniumsalz wurden in Essigsäureethylester (100 ml) suspendiert. Anschliessend wurden bei Raumtemperatur 20,25 g Sulfurylchlorid (150 mMol) unter Rühren zugetropft.
Nach einer Reaktionszeit von 1 Stunde wurde mit Essigsäureethylester (50 ml) aufgeschlämmt, dann filtriert, und das Filtrat am Rotavapor eingeengt. Es blieben 11,7 g eines halbflüssigen Rückstandes zurück.
11,7 g dieses Materials wurden zu konzentrierter Schwefelsäure (25 ml) und Wasser (1,7 g) zugegeben. Nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden wurde der Rückstand abfiltriert und 4 Mal mit Aceton (5 ml) gewaschen. Es wurden 1,3 g Titelprodukt mit einem Quadratsäuregehalt von 92,29%, entsprechend einer Ausbeute von 23,14% bezogen auf eingesetztes 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz, erhalten.

d) 3,66 g (50 mMol) 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz wurden in Essigsäureethylester (100 ml) suspendiert. Nach Zugabe von 3,95 g Brom (25 mMol) in 20 Minuten wurden 16,87 g Sulfurylchlorid (125 mMol) in 30 Minuten unter Rühren zugetropft.
Nach einer Reaktionszeit von insgesamt 105 Minuten wurde der Niederschlag 2 Mal mit Essigsäureethylester (50 ml) gewaschen Mutterlauge und Waschlösungen wurden vereinigt und eingeengt.
Der Rückstand (11,32 g) wurde zu konzentrierter Schwefel-säure (25 ml) und Wasser (1,7 g) bei 100°C zugegeben. Nach einer Reaktionszeit von 2 Stunden wurde der Rückstand abfiltriert und 4 Mal mit Aceton (5 ml) gewaschen. Es wurden 5,26 g weisses Titelprodukt mit einem Quadratsäuregehalt von 92,7%, entsprechend einer Ausbeute von 85,4%, bezogen auf eingesetztes 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz, erhalten.

Beispiel 10:

Herstellung von 1,3-Cyclobutandion ausgehend von 1,3-Cyclobutandion-dicyclohexylammoniumsalz

[0036] 146,0 g (0,5 Mol) 1,3-Cyclobutandion-dicyclohexylammoniumsalz mit einem Gehalt von 90,9% (nach HPLC) wurden in Acetonitril (1400 ml) suspendiert und auf 10°C abgekühlt. Zu dieser hellbraunen Suspension wurden innerhalb 20 Minuten 21,0 g HCl-Gas (0,573 Mol) eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wurde anschliessend noch 30 Minuten lang bei +10°C gerührt und dann filtriert. Anschliessend wurde das Aminhydrochlorid mit Acetonitril (100 ml) gewaschen. Dann wurde im Vakuum bis auf 220 g konzentriert, anschliessend 30 Minuten im Eis-Bad abgekühlt, filtriert, 2 Mal mit Ether (100 ml) gewaschen und bei Raumtemperatur 10 Minuten lang bei 20 mbar getrocknet.
Es wurden 32,07 g des Titelproduktes mit einem Gehalt von 89,8% (nach HPLC), entsprechend einer Ausbeute von 68,5%, bezogen auf Cyclobutandion-Dicyclohexylaminsalz, isoliert.
Smp: 103 -105°C (Zers.)

¹H-NMR(d₆-DMSO) δ in ppm

3,06, s, 2H
4,75, s, 1H
9,5 - 12,5, b, 1H

Ansprüche

1. 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze der Formel

worin R entweder eine Ammonium-Gruppe der allgemeinen Formel

in der R₁, R₂ und R₃ gleichbedeutend oder verschieden sind und ein Wasserstoffatom, eine Niederalkyl- oder eine Cycloalkyl-Gruppe darstellen oder worin R ein Alkalimetallatom bedeutet.

2. Verbindung gemäss Anspruch 1, worin in der Ammonium-Gruppe R₁, R₂ und R₃ gleichbedeutend oder verschieden sind und ein Wasserstoffatom, eine C₁ - C₄-Niederalkyl- oder eine Cyclohexylgruppe darstellen.

3. 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-Salze gemäss mindestens einem der Patentanspruche 1-2, nämlich
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-diethylammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohexylammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-cyclohe-xyldimethylammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-dicyclohexylmethylammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-ammoniumsalz,
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-natriumsalz oder
3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-kaliumsalz.

4. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen gemäss mindestens einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man entweder 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on oder 1,3-Cyclobutandion mit einer Base umsetzt.

5. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Base ein Amin der allgemeinen Formel

einsetzt, worin R₁, R₂ und R₃ die genannte Bedeutung haben, wobei R₁, R₂ und R₃ gleichbedeutend oder verschieden sind und z.B. ein Wasserstoffatom, eine C₁ - C₄ Niederalkyl- oder eine Cyclohexylgruppe darstellen können.

6. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als Base ein Alkalimetallalkoholat oder ein Alkalimetallhydroxid einsetzt.

7. Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on in Form eines Destillationsrückstands aus der Diketen-Produktion mit einem Gehalt an 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on von 5 bis 60 Gew.% einsetzt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Patentansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung von 3-Acetoxy-2-cyclobuten-1-on oder von 1,3-Cyclobutandion bei einer Temperatur von -40 bis 50°C durchführt.

9. Verwendung der 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze gemäss Formel I zur Herstellung von Quadratsäure der Formel

dadruch gekenzeichnet, dass man die 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze in einer ersten Stufe halogeniert und dann in einer zweiten Stufe zur Quadratsäure hydrolysiert.

10. Verwendung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Halogenierung mit Brom, Chlor bzw. Sulfurylchlorid, z.B. zuerst mit Brom, dann mit Chlor oder Sulfurylchlorid durchführt.

11. Verwendung nach mindestens einen der Patentansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Halogenierung bei einer Temperatur von -40 bis +40°C durchführt.

12. Verwendung der 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze nach mindestens einem der Patentansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse mit Mineralsäuren, z.B. Schwefelsäure,mit Sulfonsäuren, mit Carbonsäuren oder mit Wasser durchführt.

13. Verwendung der 3-Hydroxy-2-cyclobuten-1-on-salze nach mindestens einem der Patentansprüche 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Hydrolyse bei einer Temperatur von 50 bis 150°C durchführt.